Zemaljska atmosfera sastoji se od puno dušika (78 posto), malo kisika (21 posto), mrlje argona (0, 93 posto), male količine ugljičnog dioksida (0, 038 posto) i ostalih količina plinova u tragovima, Ali nije uvijek bilo tako. Sastav plinova u atmosferi može se mijenjati (i sada se mijenja dok izgaramo fosilna goriva), a zapis o fosilima otkriva kako nešto tako varljivo jednostavno kao što zrak može utjecati na povijest života.
Da ste posjetili današnju Sjevernu Ameriku prije 300 milijuna godina, blizu zatvora karbona, dočekao bi vas vrlo nepoznat prizor. Pejzažom su dominirale ogromne močvare ispunjene ogromnim likopodima (srodnici klupskih mahovina koji su narastali do veličine stabala), amfibijski kralješnjaci duljine do gotovo 20 stopa i ogromni člankonožci. Meganeura, srodnica zmajice, koja je imala raspon krila više od dva metra, zviždao je kroz zrak nad divovskim Arthropleura -om, dugačkim devet stopa. Nikada prije ili od kada su zemaljski beskralješnjaci narasli do tako ogromnih veličina.
Okidač za ovaj divljački gigantizam bio je neobična, novorazvijena karakteristika biljaka koje su tijekom kasnog karbona pogodile razinu kisika do čak 35 posto atmosfere. Bujne ekvatorijalne šume proizvele su znatnu količinu kisika kao nusprodukt fotosinteze, ali to samo po sebi nije bilo dovoljno za poticanje atmosferskog kisika na tako visoke razine. Uzrok je bio kemijski spoj lignin, koji biljke koriste za izgradnju. Tadašnje bakterije bile su toliko neučinkovite u razgradnji lignina u mrtvim biljkama da su iza sebe ostavile ogromnu količinu biljnog materijala bogatog ugljikom da se odvoji u močvarama (i na kraju pretvori u bogate naslage uglja po kojima je karbonat dobio ime), Bakterije koriste kisik dok razgrađuju materijal bogat ugljikom, ali lignin je spriječio taj proces dok bakterije nisu razvile sposobnost razgradnje spoja. Ova biološka čudak uzrokovao je porast razine kisika.
Višak kisika omogućio je vodozemcima, koji uzimaju dio plina kroz svoje kože, da učinkovito dišu i porastu u veće veličine. Arthropods diše na drugačiji način: oni posjeduju mrežu razgranatih cijevi zvanih trahea koje povezuju male otvore u egzoskeletu beskralježnjaka s njegovim stanicama, a kisik kroz taj sustav prodire kroz tijelo. U atmosferi bogatoj kisikom više kisika se može raspršiti kroz ovu mrežu razgranavanja, što je otvorilo evolucijske puteve koji su omogućili i da člankonožci narastu do gangantskih razmjera. Činjenica da bi kisik povećao tlak zraka značila je i da će tadašnji veliki leteći insekti dobivati više dizanja za svaki otkucaj svojih krila, omogućavajući letovima člankonožaca da dosegnu veličine koje su strukturno nemoguće za njihove današnje rođake,
Dok su golemi člankonožci puzali i zujali okolo, prvi amnioti - kralješnjaci nalik gušterima koji su prekinuli vezu s vodom zahvaljujući sposobnosti razmnožavanja kroz škrita jajašca - također su se diverzificirali. Tijekom sljedećeg poglavlja zemaljske povijesti, Permeca (prije oko 299 milijuna do 251 milijuna godina), ti rani rođaci dinosaura i sisavaca stvorili su različite nove oblike, s rođacima ranih sisara (u zajednici poznati kao sinapsidi), posebno stječući ekološku dominaciju. Prvi su put kopneni ekosustavi podržavali međusobno povezanu mrežu predatora i biljojeda različitih veličina, a prije otprilike 250 milijuna godina postojalo je otprilike 40 različitih obitelji kralježnjaka koji žive u zemlji. Ali u trenutku kada je gotovo sva ta raznolikost ugašena najvećom prirodnom katastrofom koju ovaj planet ikad poznaje.
Tijekom ranih dana paleontologije, prirodoslovci su označili granice geološke povijesti naglim, masovnim nestankom nekih vrsta iz zapisa fosila, praćenim pojavom nove, različite faune. Tada to nisu shvatili, ali ono što su radili bilo je obilježavanje masovnih izumiranja, a ono što je završilo Permiju bilo je možda najgore u zemaljskoj povijesti. Do 95 posto svih poznatih morskih stvorenja je uništeno, kao i 70 posto kopnenih životinja. Paleontolog Sveučilišta u Bristolu Michael Benton ovaj je događaj nazvao "kad je život gotovo umro."
Prepoznati događaj masovnog izumiranja nije isto što i objasniti ga, a katastrofa na kraju Permije je možda najzanimljivija misterija ubojstva svih vremena. Znanstvenici su predložili popis mogućih okidača za gašenje, uključujući globalno hlađenje, bombardiranje kozmičkim zrakama, pomicanje kontinenata i utjecaje asteroida, ali mnogi glavni paleontolozi sada sumnjaju u intenzivne erupcije sibirskih zamki, vulkana koji su prekrili gotovo 800.000 četvornih kilometara onoga što je sada Rusija s lavom.
Zemlja je bila na kraju Permeja mnogo toplija nego danas. Atmosfera je bila relativno bogata ugljičnim dioksidom, koji je podstaknuo svijet stakleničke bašte u kojem gotovo da nije bilo ledenjaka. Erupcija Sibirskih zamki dodala bi ogromne količine stakleničkih plinova u atmosferu, uzrokujući daljnje globalno zagrijavanje, povećavajući kiselost oceana i snižavajući razinu atmosferskog kisika. Ove drastične promjene u atmosferi i posljedični utjecaji na okoliš uzrokovali bi da mnogi organizmi asfiksiraju od nedostatka kisika, dok bi drugi umrli od viška ugljičnog dioksida u krvi ili na drugi način propadli jer se fiziološki nisu mogli nositi s tim novim Uvjeti. Tamo gdje je nekad uspijevala bogata raznolika zajednica organizama, istrebljenje je ostavilo samo „krizne“ zajednice nekoliko vrsta koje su se razmnožile slobodnim staništima.
Iako su ove promjene u atmosferi uvelike obrezale evolucijsko stablo prije 251 milijuna godina, one nisu učinile planet trajno neugodnim. Život se nastavio razvijati, a razina kisika, ugljičnog dioksida i drugih plinova nastavila je fluktuirati, pokrećući klimu od stanja „stakleničke“ do „ledene kuće“.
Zemlja možda ulazi u novo razdoblje staklenika, ali ono što je jedinstveno u sadašnjosti je da ljudi aktivno sudjeluju u oblikovanju zraka. Apetit za fosilnim gorivima mijenja atmosferu na način koji će promijeniti klimu, dodajući više ugljičnog dioksida i drugih stakleničkih plinova u mješavinu, a ta bi fluktuacija mogla imati velike posljedice i za istrebljenje i za evoluciju.
Današnji zemaljski uvjeti dovoljno su različiti od onih kasnih Permija da slična katastrofa nije vjerojatna, no što više učimo o drevnim klimama, jasnije je da nagle promjene atmosfere mogu biti smrtonosne. Nedavno istraživanje koje je vodila biogeokemičarka Natalia Shakhova iz Međunarodnog centra za arktičko istraživanje sugerira da se možemo približiti prekretnici koja bi mogla brzo pojačati globalno zagrijavanje koje već mijenja ekosustave širom svijeta. Golema skladišta metana, jednog od najmoćnijih stakleničkih plinova, nalazi se ispod permafrosta istočnog sibirskog arktičkog polica. Permafrost djeluje kao smrznuta kapa preko plina, ali Shakhova je otkrila da ta kapa ima curenje. Znanstvenici nisu sigurni je li istjecanje metana normalno ili je nedavni proizvod globalnog zagrijavanja, ali ako su trenutne projekcije točne, kako se globalno klimatsko zagrijava, razina mora porast će i potopiti istočni sibirski arktički pas, koji će otopiti permafrost i ispuštati još više plina. Kako se nakuplja više stakleničkih plinova, planeta se približava ovom i drugim mogućim prelaznim točkama koje bi mogle pokrenuti brze promjene staništa u cijelom svijetu.
Možda se neobični uvjeti koji su omogućili divovskim člankonožcima da lete zrakom sastavljenim od 35 posto kisika nikada se neće ponoviti, a možemo se nadati da se zemlja ne može poništiti katastrofe na kraju Perme, već da potiče klimu staklenika naše vrste aktivno mijenjajući povijest života na zemlji. Kako će te promjene utjecati na nas, kao i na ostatke svjetske biološke raznolikosti, na kraju ćemo zabilježiti u sve većoj evidenciji fosila.
